特鑄造與工藝

關(guān)于特鑄造與工藝第1頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

大多數(shù)特種鑄造方法鑄件精度高、表面粗糙度值小；易實(shí)現(xiàn)少、無切削加工；鑄件內(nèi)部組織致密，力學(xué)性能較好；金屬液消耗少，工藝簡單，生產(chǎn)效率高。（工業(yè)革命以來長期追求生產(chǎn)率）造型材料，（質(zhì)量）造型方法、液態(tài)合金流動(dòng)與收縮（3方面）。1.金屬型鑄造2.熔模鑄造3.實(shí)型鑄造4.壓力鑄造5.低壓鑄造6.離心鑄造7.連續(xù)鑄造8.陶瓷型鑄造第2頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1.金屬型鑄造（“鑄型改革”。砂型：一型一件，塵、強(qiáng)度大，勞動(dòng)條件差，且小型復(fù)雜件，批量大時(shí)，砂型有一定缺陷。）

即在重力作用下將熔融金屬澆入金屬型腔中獲得鑄件的方法。(1)金屬型

金屬型可分為整體、水平、垂直和綜合分型等四種，其中垂直分型便于開設(shè)澆冒口和安放金屬芯，易于排氣便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較廣。

(2)工藝特點(diǎn)(與砂型比特點(diǎn)：散熱塊)1)型腔噴刷涂料;2)

預(yù)熱鑄型;3)澆鑄溫度高;4）及時(shí)開型取件。第3頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1．噴刷涂料（耐火、隔熱緩沖）金屬型的型腔和金屬型芯表面必須噴刷涂料。涂料可分襯料和表面涂料兩種，前者以耐火材料為主，厚度為0．2—1．0mm；后者為可燃物質(zhì)(如燈煙、油類)，每次澆注噴涂一次，以產(chǎn)生隔熱氣膜。2．金屬型應(yīng)保持一定的工作溫度（第一次要預(yù)熱）通常鑄鐵件為250～350℃，非鐵金屬件100～250℃。其目的是減緩鑄型對(duì)澆入金屬的激冷作用，減少鑄件缺陷。同時(shí)，因減小鑄型和澆入金屬的溫差，（避免急冷急熱，“熱疲勞”）提高了鑄型壽命。3、嚴(yán)格控制澆鑄溫度金屬型冷卻快，澆鑄溫度比砂型通常要高20—30攝氏度，過低，易產(chǎn)生冷隔、澆不到等缺陷，過高影響金屬型壽命。第4頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三4．適合的出型時(shí)間澆注之后，鑄件在金屬型內(nèi)停留的時(shí)間愈長，鑄件的出型及抽芯愈困難，鑄件的裂紋傾向加大。同時(shí)，鑄鐵件的白口傾向增加，并降低生產(chǎn)率。為此，應(yīng)使鑄件凝固后盡早出型。通常小型鑄鐵件出型時(shí)間為10—60s，鑄件溫度約為780—950℃。此外，為避免灰鑄鐵件產(chǎn)生白口組織，除應(yīng)采用碳、硅含量高的鐵水外，涂料中應(yīng)加入些硅鐵粉。對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生白口組織的鑄件，要利用出型時(shí)鑄件的自身余熱及時(shí)進(jìn)行退火。第5頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.2.27垂直分型式金屬型的結(jié)構(gòu)第6頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(3)金屬型鑄造的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用

1)優(yōu)點(diǎn)

①金屬型鑄造一型多鑄,節(jié)省造型材料且減少了環(huán)境污染;②工藝簡單,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化;③鑄件精度高、表面粗糙度值??；④力學(xué)性能好。2)缺點(diǎn)

不宜鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁或大型鑄件;熔點(diǎn)高的合金鑄造時(shí),鑄型壽命短;灰鐵件鑄造時(shí)還易產(chǎn)生白口組織。3)應(yīng)用

金屬型鑄造主要用于成批、大量生產(chǎn)(熔點(diǎn)較低)鋁合金、銅合金等非鐵合金的中、小型鑄件,如活塞、缸體、液壓泵殼體、軸瓦和軸套等。

第7頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

熔模鑄造是指在易熔模樣的表面包覆多層耐火涂料,待其干燥硬化后熔出模樣而制成型殼,型殼經(jīng)高溫培燒后即可澆注的鑄造方法。熔模鑄造又稱失蠟鑄造。(1)熔模鑄造的工藝過程

用鋼或銅合金等制造壓型的母?！圃靿盒汀圃炷印圃鞖んw（細(xì)沙-粗砂多層）,熔去蠟?zāi)！煨?、澆注。如圖所示。2.熔模鑄造

（手工造型方法的實(shí)習(xí)操作過程，普通砂型鑄造對(duì)于小零件要分模、分型、型芯、起模，易錯(cuò)箱，粗糙“鑄型”）第8頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.2.31熔模鑄造工藝過程第9頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(2)熔模鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用

1)特點(diǎn)

①可生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁鑄件；②鑄件精度高,表面質(zhì)量好，實(shí)現(xiàn)了少、無切削加工;③適用于各種合金,尤其適用于高熔點(diǎn)合金及難以切削加工的合金(許多高質(zhì)量鑄造法無此特點(diǎn));④生產(chǎn)批量不受限制,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化流水生產(chǎn)。但是工序繁多,工藝過程復(fù)雜,生產(chǎn)周期長,鑄件不能太大、太長。

2)應(yīng)用

熔模鑄造主要用于生產(chǎn)汽輪機(jī)、水輪機(jī)上小型的葉片和葉輪、切削刀具及汽車、拖拉機(jī)、船舶、機(jī)床和風(fēng)動(dòng)工具上的小型零件等,目前,其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。第10頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

制模材料常用聚苯乙烯泡沫塑料。型砂多為無粘接劑的干硅砂。(1)模樣和型砂圖2.2.26實(shí)型鑄造工藝過程3.實(shí)型鑄造（實(shí)習(xí)操作過程，“模樣-鑄型”。消失模、氣化摸鑄造。不起模，無分型面，無型芯。）

造型材料用鐵丸或鋼丸的叫磁型鑄造。第11頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(2)實(shí)型鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用

1)特點(diǎn)：不必起模，不修型，無型芯，無分型面--無飛邊毛刺+不錯(cuò)箱，涂光潔和耐火涂料。泡沫塑料粘合，為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供充分的自由度。使造型效率比砂型鑄造提高2~5倍。

①鑄件尺寸精度高、表面粗糙度值小;易實(shí)現(xiàn)少、無切削加工;②工序少,生產(chǎn)效率高;③采用無粘接劑的干砂造型,勞動(dòng)強(qiáng)度低，無粉塵污染，作業(yè)環(huán)境好，被榮為“綠色鑄造”技術(shù)。

2)應(yīng)用：實(shí)型鑄造幾乎不受鑄件結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量、批量和合金種類的限制。

用于不易起模的復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。缺點(diǎn)：模樣用一次，易變形，氣體有一定的污染。

（設(shè)備投資較高）第12頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三4.壓力鑄造（金屬型容易出現(xiàn)澆不足、冷隔、裂紋等，充型能力差?！俺湫头椒ǜ母铩保?/p>

壓力鑄造是指金屬液在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。

(1)壓鑄機(jī)和壓鑄工藝過程

壓鑄機(jī)是壓力鑄造生產(chǎn)的主要設(shè)備，按壓室（壓射室）分,一般分熱壓室壓鑄機(jī)（壓室浸于金屬液中）和冷壓室壓鑄機(jī)（壓室與金屬液保溫爐分開）兩大類。

目前應(yīng)用較多的是臥式冷壓室壓鑄機(jī)。

臥式冷壓室壓鑄機(jī)的壓鑄工藝過程如圖所示。圖2.2.28臥式冷壓室壓鑄機(jī)的工作過程第13頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(2)壓力鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)：

①生產(chǎn)率比其他鑄造方法都高；操作簡便,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；②鑄件質(zhì)量好,尺寸精度高，不需要進(jìn)行切削加工即可直接裝配；（因?yàn)殍T件的冷卻速度快，又是在壓力下結(jié)晶，其表層晶粒細(xì)密。壓鑄件強(qiáng)度和硬度都較高，抗拉強(qiáng)度比砂型鑄件提高20%～40%）

第14頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

③（因壓力）可生產(chǎn)形狀復(fù)雜、薄壁鑄件,可直接鑄出螺紋、齒形、文字等；④可鑄造出鑲嵌件；缺點(diǎn)：1、設(shè)備投資大,壓鑄型費(fèi)用高,生產(chǎn)周期長,只適用于大批量生產(chǎn)。

2、（卷氣-吸氣）皮下氣孔—不能大余量切削，不能熱處理；鑄型材料的選用要防“蠕變”（工作溫度大于再結(jié)晶溫度時(shí)）。應(yīng)用:

壓力鑄造主要用于大批量生產(chǎn)鋁、鋅、鎂、銅等非鐵合金的中、小型鑄件，儀表殼體等。第15頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

低壓鑄造是指金屬液在氣體壓力作用下完成充型和凝固的鑄造方法。其壓力為0.02～0.06MPa。是介于重力鑄造(如砂型鑄造、金屬型鑄造)和壓力鑄造之間的一種鑄造方法。它是使液態(tài)合金在壓力下，自下而上充填型腔，并在壓力下結(jié)晶、以形成鑄件的工藝過程。5.低壓鑄造（低壓、下而上—充型平穩(wěn)?！俺湫汀保┑?6頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(1)低壓鑄造的工藝過程向坩堝中通壓縮空氣→金屬液上升充型→保壓、凝固→將坩堝上部與空氣相通→取出鑄件。如圖。自下而上充型，壓力下凝固。

圖2.2.29低壓鑄造工藝過程第17頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三特點(diǎn):①可人為的調(diào)整壓力,適應(yīng)性強(qiáng);②可用于各種鑄型--適用于各種合金及各種大小的鑄件;③鑄件組織致密,力學(xué)性能好，充型平穩(wěn)，對(duì)于鋁合金能有效地克服鑄件的針孔等缺陷，對(duì)于薄，有耐壓，防滲漏，氣密性要求的鑄件尤為重要，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁鑄件；④澆注時(shí)壓力較低,底注充型,平穩(wěn)且易控制，無飛濺沖擊，不易夾渣，砂眼，氣孔;⑤金屬的實(shí)際利用率高;⑥設(shè)備簡單,投資少,操作簡便,勞動(dòng)條件好,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。應(yīng)用:

低壓鑄造目前主要用于生產(chǎn)鑄造質(zhì)量要求高的鋁、鎂合金鑄件。(2)低壓鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用第18頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(1)離心鑄造機(jī)

離心鑄造機(jī)是離心鑄造所用的設(shè)備,按其旋轉(zhuǎn)軸空間位置的不同分為立式、臥式兩種。圖2.2.30離心鑄造示意6.離心鑄造（冒口等澆注系統(tǒng)-無芯?！俺湫汀保?/p>

離心鑄造是將金屬液澆入繞水平、傾斜或立軸旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的作用下凝固的鑄造方法。鑄型可用金屬型、砂型、陶瓷型、熔模殼型等。第19頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1)特點(diǎn)①無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷,鑄件組織致密,力學(xué)性能好;②鑄造圓形中空鑄件時(shí),不用型芯和澆注系統(tǒng),降低了金屬消耗;③提高了金屬液的充型能力,可澆注流動(dòng)性差的合金及薄壁鑄件;④可生產(chǎn)雙金屬鑄件,如鋼套內(nèi)鑲銅軸承等,其結(jié)合面牢固;⑤離心鑄造適應(yīng)性較廣,鑄造合金的種類幾乎不受限制;⑥既適于鑄造中空件,又可以鑄造成形件，適應(yīng)性強(qiáng)。2)應(yīng)用

離心鑄造主要用于生產(chǎn)各種管、套、環(huán)類鑄件，也可用于生產(chǎn)齒輪、葉輪、渦輪等成形鑄件。(2)離心鑄造的特點(diǎn)和應(yīng)用第20頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(1)連續(xù)鑄造的工藝過程圖2.2.32連續(xù)鑄造示意

7.連續(xù)鑄造

連續(xù)鑄造是指將金屬液連續(xù)的澆入水冷金屬型(結(jié)晶器)中,連續(xù)凝固成形的方法。第21頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

①組織致密,力學(xué)性能好;②不用澆注系統(tǒng),中空鑄件不用型芯,降低了金屬的損耗，簡化了造型工序,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,減少了生產(chǎn)占地面積;③設(shè)備比較簡單,生產(chǎn)過程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化；④幾乎適用于各種合金;⑤但連續(xù)鑄造不適于截面有變化,壁厚不均勻的鑄件生產(chǎn),而且鑄管的質(zhì)量較離心鑄造差。

連續(xù)鑄造主要用于大批量生產(chǎn)具有等截面的鑄錠、鑄管、板坯、棒坯等長鑄件。其中鑄錠直徑可由幾十毫米至500毫米，鑄管直徑為100～1300mm；長度可達(dá)5～10m。(2)連續(xù)鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用1)特點(diǎn)（了解）2)應(yīng)用第22頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三8、陶瓷型鑄造

陶瓷型鑄造是以陶瓷作為鑄型材料的一種鑄造方法。1．基本工藝過程陶瓷型鑄造有不同的工藝方法，較為普遍的如圖2—49所示。(1)砂套造型為節(jié)省昂貴的陶瓷材料和提高鑄型的透氣性，通常先用水玻璃砂制出砂套(相當(dāng)于砂型鑄造的背砂)。制造砂套的木模B比鑄件的木模A應(yīng)增大一個(gè)陶瓷料的厚度(圖a)。砂套的制造方法與砂型鑄造雷同(圖b)。第23頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2-49陶瓷型鑄造工藝過程第24頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(2)灌漿與膠結(jié)即制造陶瓷面層。其過程是將鑄件木模固定于平板上，刷上分型劑，扣上砂套。將配制好的陶瓷漿通過澆口注入型腔(圖c)，經(jīng)數(shù)分鐘后，陶瓷漿便開始膠結(jié)。陶瓷漿由耐火材料(如剛玉粉、鋁釩土等)、粘結(jié)劑(硅酸乙酯水解液)、催化劑(如Ca(OH)2·MgO)、透氣劑(雙氧水)等組成。(3)起模與噴燒灌漿5～15min后，趁漿料尚有一定彈性便可起出模樣。為加速固化過程，必須用明火均勻地噴燒整個(gè)型腔(圖d)。(4)焙燒與合箱陶瓷型要在澆注前加熱到350～550℃焙燒3～5h，以燒去殘存的乙醇、水分等，并使鑄型的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。(5)澆注。澆注溫度可略高，以便獲得輪廓清晰的鑄件。第25頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三2．陶瓷型鑄造的特點(diǎn)及適用范圍

(1)陶瓷型鑄造具有熔模鑄造的許多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槠鹉Ｊ窃谔沾蓪犹幱趶椥誀顟B(tài)下進(jìn)行的，同時(shí)，陶瓷型高溫時(shí)變形小，故鑄件的尺寸精度和表面粗糙度與熔模鑄造相近。此外，陶瓷材料耐高溫，故也可澆注高熔點(diǎn)合金。

(2)陶瓷型鑄件的大小幾乎不受限制，如鑄件重量可從幾千克到數(shù)噸，而熔模鑄件最大僅幾十千克。

(3)在單件、小批生產(chǎn)條件下，需要的投資少、生產(chǎn)周期短，在一般鑄造車間較易實(shí)現(xiàn)。陶瓷型鑄造的不足之處是：不適于批量大、重量輕或形狀復(fù)雜鑄件，且在生產(chǎn)過程難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。目前陶瓷型鑄造主要用于生產(chǎn)厚大的精密鑄件，廣泛用于鑄造沖模、鍛模、玻璃器皿模、壓鑄模、模板等，也可用于生產(chǎn)中型鑄鋼件。第26頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

項(xiàng)目砂型鑄造金屬型鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造熔模鑄造實(shí)型鑄造連續(xù)鑄造鑄件特征材質(zhì)各類合金非鐵合金為主非鐵合金各類合金各類合金各類合金各類合金各類合金尺寸大小各種尺寸中、小件為主中、小件中、小件各種尺寸小件為主各種尺寸各種尺寸結(jié)構(gòu)復(fù)雜一般較復(fù)雜較復(fù)雜一般復(fù)雜較復(fù)雜簡單鑄件質(zhì)量尺寸精度(CT)7-136-94-86-96-94-77-97-9內(nèi)部質(zhì)量組織較松,晶粒較粗組織致密,晶體細(xì)小組織致密,晶體細(xì)小,有氣孔組織致密,晶體細(xì)小組織致密,晶體細(xì)小組織較松,晶粒較粗組織較松,晶粒較粗組織致密,晶體細(xì)小技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)生產(chǎn)效率低或一般較高很高較高較高低或一般一般高設(shè)備費(fèi)用低或中中高中中或高低或中中中或較高生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短較長長較長較長較長較長較長表2.2.9常用鑄造方法的特點(diǎn)和適用范圍1.5.7常用鑄造方法的比較第27頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1.6鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性（設(shè)計(jì)）與工藝設(shè)計(jì)（制造）1.6.1（書中1.5）零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性一、合金的鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求二、鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求三、不同鑄造方法對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求先設(shè)計(jì)—再鑄造，這里順序和書有區(qū)別

零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性（…性？反映出來的屬性）：指零件采用鑄造方法制坯時(shí)，其結(jié)構(gòu)能否用最經(jīng)濟(jì)的方法制造出來并符合設(shè)計(jì)要求的能力.（同學(xué)還要看書中圖）第28頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三一、合金的鑄造性能對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求收縮、流動(dòng)性鑄件（或零件）都是由不同的“壁”構(gòu)成的局部看----大小、厚薄、內(nèi)外、連接整體看----對(duì)稱與否因此，避免大的水平面；壁厚要合適、要均勻（但若考慮縮孔應(yīng)符合順序凝固原則）；內(nèi)薄外厚（均勻？同時(shí)凝固原則避免應(yīng)力裂紋等）；圓滑、避免突變、交叉、銳角；

對(duì)稱不易變形，但有時(shí)會(huì)有應(yīng)力、裂紋。第29頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三一、合金的鑄造性能對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求圖例1.鑄件壁厚(1)壁厚應(yīng)適當(dāng)，不能太厚或太薄圖2.3.1鑄件壁厚應(yīng)適當(dāng)圖2.3.2鑄件壁厚應(yīng)力求均勻(2)壁厚均勻，但若考慮縮孔應(yīng)符合順序凝固原則第30頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三(3)內(nèi)壁厚應(yīng)小于外壁厚

圖2.3.3鑄件內(nèi)壁應(yīng)比外壁薄a)不合理結(jié)構(gòu)b)合理結(jié)構(gòu)

第31頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三a)不合理b)合理圖2.3.5鑄件壁的轉(zhuǎn)角圖2.3.4鑄件的轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)2.鑄件壁的連接(1)壁間的連接應(yīng)采用圓角過渡第32頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.3.6鑄件接頭結(jié)構(gòu)(3)應(yīng)避免壁厚突變圖2.3.7厚、薄壁的連接(2)應(yīng)避免壁的交叉和銳角連接第33頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三3防止鑄件產(chǎn)生變形圖2.3.8細(xì)長鑄件的設(shè)計(jì)圖2.3.9平板鑄件的設(shè)計(jì)第34頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三4.鑄件應(yīng)避免有過大的水平面5.鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于自由收縮圖2.3.10過大水平面的設(shè)計(jì)圖2.3.11輪輻的設(shè)計(jì)第35頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三二、鑄造工藝對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求前述：防止缺陷要注意的問題；現(xiàn)在：好操作（如手工造型多種，其中之一好起模）（也有利于防止缺陷）降低成本----手工造型1.鑄件外形（挖沙、三箱造型、活塊：分型面應(yīng)平直、少；外凸要便于起模-相當(dāng)于活塊盡量少用；避免側(cè)凹；要有結(jié)構(gòu)斜度）(1)應(yīng)利于減少和簡化鑄型的分型面(2)凸臺(tái)、筋條不應(yīng)妨礙起模；避免側(cè)凹(3)垂直于分型面的非加工面應(yīng)具有結(jié)構(gòu)斜度2.鑄件內(nèi)腔（內(nèi)腔由型芯形成，所以：不用、少用；安放穩(wěn)定、易排氣易清理；避免封閉的空腔。）(1)內(nèi)腔形狀應(yīng)利于制芯或省去型芯，避免封閉空腔(2)應(yīng)利于型芯固定、排氣和清理(3)大件和形狀復(fù)雜件可采用組合結(jié)構(gòu)第36頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三（1）利于減少和簡化鑄件分型面第37頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.3.13肋條的設(shè)計(jì)a)不合理結(jié)構(gòu)b)合理結(jié)構(gòu)（2）筋條不應(yīng)妨礙起模第38頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.3.14凸臺(tái)的設(shè)計(jì)凸臺(tái)不應(yīng)妨礙起模第39頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三（3）垂直于分型面的非加工面應(yīng)具

有結(jié)構(gòu)斜度

圖2.1.35應(yīng)有結(jié)構(gòu)斜度的示例第40頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.3.17懸臂支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.3.16鑄件內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）內(nèi)腔形狀應(yīng)利于制芯或省去型芯

第41頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

（3）大件和形狀復(fù)雜件可采用組合結(jié)構(gòu)

（2）應(yīng)利于型芯固定、排氣和清理

第42頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三三、不同鑄造方法對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求1.壓鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.熔模鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.金屬型鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第43頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

壓鑄件的結(jié)構(gòu)盡量消除側(cè)凹和深腔，在無法避免時(shí)，應(yīng)便于抽芯，以便鑄件能從鑄型中順利取出。（1）便于抽芯、壁厚均勻、宜薄、不宜厚（因不易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷）

1.壓鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.3.20便于取出鑄件的設(shè)計(jì)第44頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.3.21鑲嵌件的應(yīng)用

鑲螺母鑲銅襯鑲寶石（2）注意嵌件連接

為使壓鑄件中嵌件連接牢固，應(yīng)在嵌件鑲?cè)腓T件的表面預(yù)制出凹槽、凸臺(tái)或滾花。第45頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三設(shè)計(jì)熔模鑄件的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮到：

為便于熔模鑄造浸漬涂料和撒砂，孔、槽不宜過小或過深。通常，孔徑應(yīng)大于2mm(薄壁件的孔徑應(yīng)大于0．5mm)。對(duì)于通孔，孔深／孔徑≤4～6；對(duì)于盲孔，孔深／孔徑≤2。槽寬應(yīng)大于2mm，槽深為槽寬的2～6倍。2．熔模鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)孔、槽不宜過小或過深第46頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.3.22在大平面上設(shè)工藝孔和筋(2)盡量避免大平面

熔模型殼高溫易變形，應(yīng)盡量避免大平面。或在大平面上設(shè)工藝孔或加強(qiáng)筋，可增加型殼剛度。第47頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖2.3.23金屬型鑄件結(jié)構(gòu)和抽芯的關(guān)系a)結(jié)構(gòu)不合理b)結(jié)構(gòu)合理3．金屬型鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）應(yīng)保證鑄件能順利抽出金屬型芯。第48頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三表2.3.2金屬型鑄件的最小壁厚鑄件尺寸鑄鋼灰鑄鐵鋁合金鎂合金銅合金可鍛鑄鐵＜70X70542～33370X70～150X1508542～54～64＞150X15010656～8

（2）金屬型鑄件壁厚應(yīng)大于最小壁厚第49頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三表2.3.3金屬型鑄造最小鑄孔／mm鑄造合金可鑄的最小孔徑/mm孔深/mm盲孔通孔鋅合金６～８９～１２１０～２０鎂合金６～８９～１２１２～２０鋁合金８～１０１２～１５１５～２５銅合金１０～１２１０～１５１５～２０（3）為便于型芯的安放及順利抽出鑄件，孔徑不能過小、過深。第50頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三一、澆注位置與分型面的選擇

澆注位置是澆注時(shí)鑄件在鑄型內(nèi)所處的位置。

分型面是鑄型砂箱間的結(jié)合面。

①澆注位置的選擇（質(zhì)量第一）

***液態(tài)合金中金屬密度大，而非金屬雜質(zhì)、氣體等密度小，易于上浮。鑄件上表面易于產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷。1.6.2鑄造工藝設(shè)計(jì)（書中1.4）（開始具體鑄造，如鑄件如何放、分型面、模樣尺寸等。第一步：鑄件如何放、分型面在那）第51頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三鑄件由壁、面組成：單個(gè)壁-大小，厚?。ㄟB接、內(nèi)外與放置無關(guān)），重要不重要。多個(gè)壁整體而言-（前述是否對(duì)稱與放置無關(guān)）壁的數(shù)量。通常遵循以下原則：a.鑄件的重要加工面或主要工作面應(yīng)處于底面或側(cè)面(對(duì)單個(gè)面而言)；鑄件的重要加工面或大部分加工面、加工基準(zhǔn)面放在同一砂箱中，以免錯(cuò)箱等(對(duì)多個(gè)面而言)錐齒輪鑄件的澆注位置

第52頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三b.鑄件大平面應(yīng)朝下c.鑄件的薄壁應(yīng)朝下、垂直、傾斜，免澆不足、冷隔；厚壁應(yīng)朝上、分型面附近上部或側(cè)部，利安放冒口，順序凝固.大平面澆注位置圖2.2.7殼體鑄件澆注位置

夾砂示意圖第53頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三②分型面的選擇（方便工作）

分型面一般應(yīng)取在鑄件的最大截面上，否則難以取出模樣。分型面選擇應(yīng)遵循下述原則：a.鑄件的加工面及加工基準(zhǔn)面盡量放在同一砂型中，以保證鑄件的加工精度。b.主要型芯應(yīng)盡量放在下半鑄型中(圖2.2.12).上下上下圖2.2.9管子堵頭分型面分型面要：一大、三少、一平直第54頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

c.應(yīng)盡量減少分型面數(shù)量，并力求采用平面（前工藝性也有但前主要是設(shè)計(jì)時(shí)考慮）。

d.應(yīng)盡量減少型芯、活塊的數(shù)量。（2.2.12左兩圖是一個(gè)鑄件的結(jié)構(gòu)）

圖2.2.10殼體分型面選擇圖2.2.11彎臂分型面的選擇

第55頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三端蓋澆注位置和分型面的選擇：上下方案一上下方案二第56頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三二、確定工藝參數(shù)（第二步：畫鑄件圖-畫模樣圖-制模樣等）

為了繪制鑄造工藝圖，在鑄造方案確定后，還需要選定如下工藝參數(shù)。①機(jī)械加工余量②收縮率③起模斜度④鑄造圓角⑤最小鑄出孔、槽尺寸⑥型芯頭

a.芯頭高（或長）度和斜度

b.芯頭裝配間隙

第57頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三①機(jī)械加工余量（鑄件比零件大？）機(jī)械加工余量是鑄件上為切削加工而加大的尺寸。

大量生產(chǎn)時(shí)余量可減??；單件小批量生產(chǎn)時(shí)，余量應(yīng)加大；表面粗糙時(shí)，余量應(yīng)加大（如鑄鋼）；位于鑄型上部的面、孔面余量應(yīng)大些；

非鐵金屬表面光潔且材料價(jià)格昂貴，余量應(yīng)減??；

鑄件尺寸越大，加工余量越大；

加工面與基準(zhǔn)面距離越大，加工余量越大。

要求的機(jī)械加工余量RMA等級(jí)有10級(jí)，由精到粗A、B、C、D、E、F、G、H、J和K級(jí)（見表2.2.5）。推薦用于各種鑄造合金和鑄造方法的RMA等級(jí)列在表2.2.6中。第58頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三方法要求的機(jī)械加工余量等級(jí)鑄件材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金砂型鑄造手工造型G～KF～HF～HF～HF～HF～HF～HG～KG～K砂型鑄造機(jī)器造型和殼型E～HE～GE～GE～GE～GE～GE～GF～HF～H金屬型（重力鑄造和低壓鑄造）—D～FD～FD～FD～FD～FD～F——壓力鑄造————B～D—B～D——熔模鑄造EEE—E—EEE表2.2.5毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級(jí)第59頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三最大尺寸①要求的機(jī)械加工余量等級(jí)大于至A②B②CDEFGHJK—400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014注：①最終機(jī)械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。表2.2.6機(jī)械加工余量第60頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三注意：1、先選公差等級(jí)CT；2、再選加工余量等級(jí)；3、加工余量表中的基本尺寸是指加工表面上最大基本尺寸和該面與它的加工基準(zhǔn)之間距離較大的一個(gè)；4、頂面、孔的加工余量等級(jí)應(yīng)降一級(jí)使用。第61頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三端蓋的機(jī)械加工余量

端蓋零件材質(zhì)為灰鑄鐵，且采用砂型鑄造手工造型。由表2.2.5查得，其機(jī)加工余量等級(jí)為F～H級(jí)，由于批量不大，故選為H級(jí)。零件最大尺寸為165mm，查表2.2.6得：大端面外圓直徑φ72mm端面的機(jī)加工余量為4mm，孔內(nèi)余量應(yīng)稍大，取為5mm。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，加工余量用紅線畫出輪廓，剖面處全涂以紅色（或細(xì)紋格），機(jī)加工余量數(shù)值用數(shù)字在圖紙上直接標(biāo)出。第62頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三例2（略）：零件為灰鑄鐵，手工造型，小批量生產(chǎn)，尺寸公差等級(jí)取13，求圖中1~5各面的加工余量。第63頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三②收縮率（模樣比鑄件大一收縮量）

由于合金的線收縮，鑄件冷卻后的尺寸將比型腔尺寸略為縮小，為保證鑄件的應(yīng)有尺寸，模樣尺寸必須比鑄件尺寸放大一個(gè)該合金的收縮量。不同的鑄造合金，其收縮率大小不同。砂型鑄造時(shí)的鑄件線收縮率如表2.2.4所示。

第64頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三合金種類鑄件線收縮率/%自由收縮受阻收縮普通灰鑄鐵中小件大中件特大件1.00.90.80.90.80.7孕育鑄鐵1.0～1.50.8～1.0碳素鑄鋼1.6～2.01.3～1.7鋁硅合金1.0～1.20.8～1.0錫青銅1.41.2表2.2.4砂型鑄造時(shí)鑄件線收縮率端蓋是小型普通灰鑄鐵件，且結(jié)構(gòu)簡單，查表得線收縮率為1%。

第65頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

④起模斜度

（自學(xué)P56-57）

為平行于起模方向的表面在模樣或芯盒壁上所設(shè)計(jì)的斜度(內(nèi)大外小)。③鑄造圓角（自學(xué)P59）

設(shè)計(jì)制作模樣時(shí)，相鄰兩壁之間的交角都應(yīng)做成圓弧過渡的鑄造圓角(內(nèi)大外小)。一般中、小型鑄件的鑄造圓角半徑為3～5mm。端蓋屬小型鑄件，未注鑄造圓角均為R3～5mm

。第66頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

JB/T5105—1991鑄件模樣起模斜度規(guī)定了砂型鑄造所用的起模斜度，如表2.2.7。

測量面高度H/mm起模斜度≤金屬模樣、塑料模樣木模樣αa/mmαa/mm≤10>10～40>40～100>100～160>160～250>250～400>400～630>630～10002o20′1o10′0o30′0o25′0o20′0o20′0o20′0o15′0.40.81.01.21.62.43.84.42o55′1o25′0o40′0o30′0o25′0o25′0o20′0o20′0.61.01.21.41.83.03.85.8表2.2.7砂型鑄造時(shí)模樣外表面的起模斜度（摘自GB/T5105—91）第67頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三⑤最小鑄出孔、槽尺寸

灰鑄鐵件最小鑄出孔直徑：單件小批生產(chǎn)時(shí)為30～50mm，大量生產(chǎn)時(shí)為12～15mm。

端蓋上有兩個(gè)φ11mm孔及兩個(gè)φ22mm深2mm沉孔，直徑均小于30mm，不易鑄出，由機(jī)加工完成。在鑄造工藝圖上，不鑄出孔用紅線打叉表明。

端蓋φ72㎜圓柱增加壁厚法，起模斜度為1mm。φ62mm內(nèi)孔，取3mm，使內(nèi)孔易于脫模。第68頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三⑥型芯頭

a.芯頭高（或長）度和斜度

垂直芯頭高度、水平芯頭的長度L、隨芯頭直徑和型芯長度增加而加大。芯頭斜度：下芯頭斜度小、高度大些，上芯頭斜度大、高度小些。圖2.2.16

型芯頭的構(gòu)造

型芯頭是指型芯的外伸部分，不形成鑄件的輪廓。型芯需要型芯頭支撐、定位、排氣和落砂。第69頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三b.芯頭裝配間隙

為了便于下芯和合型，芯頭與芯座之間應(yīng)留有間隙S，一般S為0.5～4mm。

端蓋鑄件內(nèi)孔的直徑大于鑄件的高度，可以使用砂垛代替型芯，沒有型芯頭的設(shè)計(jì)問題。

圖2.2.16型芯頭的構(gòu)造a)垂直芯頭b)水平芯頭

第70頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三三、澆注系統(tǒng)（自學(xué)P59-60）

四、繪制鑄造工藝圖與鑄件圖(自學(xué)60-63)圖2.2.17端蓋的鑄造工藝圖與鑄件圖第71頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三繪制鑄造工藝圖的目的：1、鑄件的形狀？2、尺寸有哪些變化？3、生產(chǎn)方法、工藝過程？4、制造模樣、芯盒、造型芯；5、檢驗(yàn)鑄件。第72頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三五、鑄件質(zhì)量及檢驗(yàn)

1、鑄件質(zhì)量概念（自學(xué)P70）

2、（自學(xué)表1.24）六、金屬液態(tài)成型經(jīng)濟(jì)性分析和環(huán)境保護(hù)（略）七、金屬液態(tài)成形新技術(shù)新工藝

1、殼型鑄造（參見P46-47）

一般砂型,由于強(qiáng)度低,不得不采用比面砂多幾倍的背砂作支持物,以支持金屬液壓,使金屬凝固時(shí)構(gòu)成一定的幾何形狀.這樣,一方面增加了型砂周轉(zhuǎn)量,另一方面由于砂型各部分的緊密度和強(qiáng)度不勻,難于將鑄件尺寸固定在允許的公差以內(nèi),因而對(duì)鑄件質(zhì)量不易控制.殼型是利用熱熔性樹脂和硅砂作為造型材料.由于樹脂在硬化后強(qiáng)度很大,只需一層薄殼就可支撐。第73頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三2、懸浮鑄造(60年代末提出)

金屬粉末或顆粒加進(jìn)金屬液流中，（1）結(jié)晶核心；（2）極細(xì)的內(nèi)冷鐵，降溫、細(xì)化晶粒。

在進(jìn)行懸浮鑄造時(shí)，粉末材料既不是加到澆包中，也不是直接加到鑄型中，而是在澆注時(shí)加到澆注系統(tǒng)中。因?yàn)榉勰┎牧霞拥綕舶袑⒔档徒饘僖旱臏囟葘?dǎo)致流動(dòng)性變差而難以澆注；直接加到鑄型中則很難均勻分布。因此，懸浮鑄造的鑄型結(jié)構(gòu)與普通砂型結(jié)構(gòu)的差別主要是在澆注系統(tǒng)（P82圖1.49）方面。前者比后者增加了專用的澆口鑄型。第74頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

此澆口鑄型有一個(gè)離心式集液包，當(dāng)金屬液沿著側(cè)面呈切線方向進(jìn)入集液包后，即繞其中心線旋轉(zhuǎn)，而后通過直澆口流入鑄型。由于旋轉(zhuǎn)，金屬液在集液包中形成一個(gè)漏斗型的空腔即漩渦中心，造成負(fù)壓，吸住由供料斗中撒落下來的粉末狀微型冷鐵，并將其卷入液流中心，使微型冷鐵不致于粘附到澆注系統(tǒng)壁上而妨礙金屬流動(dòng)。通過對(duì)懸浮鑄造澆注系統(tǒng)的分析表明，微型冷鐵在內(nèi)澆口中才逐漸散開，均勻分布，隨金屬液流人鑄型中。

第75頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三3、近凈成形技術(shù)—半固態(tài)加工

指零件成形后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機(jī)械構(gòu)件的成形技術(shù)。它是建立在新材料、新能源、機(jī)電一體化、精密模具技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)值分析和模擬技術(shù)等多學(xué)科高新技術(shù)成果基礎(chǔ)上，改造了傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)，使之由粗糙成形變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、輕量化、低成本的成形技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)包括近凈鑄造成形、精確塑性成形、精確連接、精密熱處理改性、表面改性、高精度模具等專業(yè)領(lǐng)域，并且是新工藝、新裝備、新材料以及各項(xiàng)新技術(shù)成果的綜合集成技術(shù)。第76頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

固相率0.2時(shí)形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)骨架，失去宏觀流動(dòng)性。冷卻凝固時(shí)強(qiáng)烈攪拌，顆粒狀非枝晶固相率達(dá)0.5-0.6時(shí)，仍具有一定流變性，從而可以壓鑄、擠壓、模鍛。

（液固共存區(qū)）半固態(tài)加工：

（1）原理：利用半固態(tài)—攪拌—近球狀晶體。

（2）特點(diǎn)：

①（流動(dòng)性）壓鑄充型平穩(wěn)，降低卷氣、

縮松，晶粒小、組織致密。

②（收縮）澆注溫度低，壓力下充型和結(jié)

晶，減小收縮，變形小，縮松少，余量

小，精度高。

③澆注溫度低，提高金屬型壽命。

4、噴霧沉積鑄造（簡介）第77頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

快速原型技術(shù)簡介

1.快速原型技術(shù)的概念快速原型（RP&M）技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造復(fù)雜形狀三維實(shí)體零件技術(shù)的總稱。RP&M技術(shù)的成形原理不同于傳統(tǒng)制造的去除法（切削加工、電火花加工等）和變形法（鑄造、鍛壓等），而是一種分層制造的材料累加方法。從成形角度看，零件可視為“點(diǎn)”或“面”疊加而成。RP&M技術(shù)從CAD三維模型中離散得到點(diǎn)、面的幾何信息，再與成形工藝參數(shù)信息結(jié)合，控制材料有規(guī)律、精確地由點(diǎn)到面，由面到體地堆積零件。從制造角度看，它根據(jù)CAD造型生成零件三維幾何信息，控制多維系統(tǒng)，通過激光束或其他方法將材料逐層堆積而形成原型或零件。第78頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三2.快速原型技術(shù)的特征

RP&M技術(shù)是CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)以及材料科學(xué)技術(shù)的高度集成，在成形概念上以離散、堆積為指導(dǎo)，在控制上以計(jì)算機(jī)和數(shù)控為基礎(chǔ)，以最大的柔性為目標(biāo)。CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件的曲面和實(shí)體造型，能夠進(jìn)行精確的計(jì)算和復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換；數(shù)控技術(shù)使精確的運(yùn)動(dòng)控制、能量傳輸控制、材料轉(zhuǎn)移控制等成為可能；激光的極高能量密度和極小光斑直徑的特性是實(shí)現(xiàn)切割、燒結(jié)、聚合反應(yīng)等工藝的保證；材料科學(xué)則提供滿足各種性能要求的材料，如光敏材料、熱敏材料等。此外RP&M技術(shù)還有以下特征：第79頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

（l）高度柔性。它取消了專用工具，在計(jì)算機(jī)管理和控制下可以制造出任意復(fù)雜形狀的零件。（2）設(shè)計(jì)制造一體化。RP&M技術(shù)采用了離散、堆積分層制造工藝，能夠克服傳統(tǒng)的CAD/CAM技術(shù)中成型思想的局限性，很好地將CAD/CAM一體化。（3）快速性。RP&M技術(shù)中，從CAD設(shè)計(jì)到原型的加工完成只需幾小時(shí)至幾十小時(shí)，比傳統(tǒng)的成型方法速度要快得多，適合于新產(chǎn)品的開發(fā)與管理。第80頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

（4）自由成形制造。RP&M技術(shù)的這一特點(diǎn)是基于自由成形制造的思想。自由的含義有兩個(gè)方面：一是指根據(jù)零件的形狀，不受任何專用工具（或模腔）的限制而自由成形；二是指不受零件任何復(fù)雜程度的限制。（5）材料的廣泛性。由于各種RP&M工藝的成形方式不同，因而材料的使用也各不相同，如金屬、紙、塑料、光敏樹脂、蠟、陶瓷，甚至纖維等材料在快速原型領(lǐng)域已有很好的應(yīng)用。

第81頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

因此RP&M技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，有如下優(yōu)勢(shì)：

（l）從設(shè)計(jì)角度可以設(shè)計(jì)制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體，不用考慮毛坯形狀、工裝卡具、時(shí)間和成本的限制；減少零件數(shù)量，不受刀具加工能力的限制，同時(shí)用于精度、裝配的時(shí)間減少。

目前已發(fā)展出多種多樣的RP&M方法。各種RP&M方法工藝過程基本相同（圖10.1.1），先由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需要零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型，然后根據(jù)工藝要求，將其按照一定厚度進(jìn)行分層，把原來的三維電子模型變成二維平面信息（截面信息），再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入工藝參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼；最后數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地加工出每個(gè)薄層并使它們自動(dòng)粘結(jié)而成形。第82頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

（2）從制造角度CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，成形過程無需人干預(yù)或較少干預(yù)；通用成形設(shè)備無需專用夾具或工具；減少材料浪費(fèi)，降低原材料儲(chǔ)存運(yùn)輸費(fèi)用等；參數(shù)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化制造，零件一致性好。圖10.1.1快速原型工藝基本過程

第83頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

（3）從市場和用戶角度避免傳統(tǒng)方法中復(fù)雜的中間加工制造環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)失誤造成的損失，實(shí)時(shí)地根據(jù)市場需求低成本、少風(fēng)險(xiǎn)地改變產(chǎn)品；產(chǎn)品多樣化，面向訂單生產(chǎn)。第84頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1.6.1.2快速原型工藝

發(fā)展新型的先進(jìn)成形工藝是RP&M的核心。目前市場上推出的RP&M成形方法已有十余種，并還在迅速發(fā)展，常見的有立體平版印刷法、逐層輪廓成形法以及選擇性激光燒結(jié)法、光掩膜法、熔化堆積法和直接制模鑄造法等。第85頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1.激光燒結(jié)（SLS）法

SLS法的基本原理是依靠CAD軟件，在計(jì)算機(jī)中建立三維實(shí)體模型及其表面，由CO2激光器發(fā)出的光束在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)幾何形體各層橫截面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)材料粉末層進(jìn)行掃描，在激光照射的位置上，粉末熔化并凝固在一起。再鋪上一層新的粉末，再用激光掃描、燒結(jié)，新的一層和前一層自然地?zé)Y(jié)在一起，最后就可制造出所需零件。第86頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

SLS法與立體平版印刷法生產(chǎn)過程相似，只是將液態(tài)激光固化樹脂換成在激光照射下可燒結(jié)成形的粉末燒結(jié)材料。其工藝過程如圖10.1.2所示，用紅外線板將粉末燒結(jié)材料加熱至恰好低于燒結(jié)點(diǎn)的溫度，然后用計(jì)算機(jī)控制激光束，按零件的截面形狀掃描平臺(tái)上的粉末燒結(jié)材料，使其受熱熔化燒結(jié)，繼而平臺(tái)下降一個(gè)厚層，用滾子將粉末燒結(jié)材料均勻地分布在燒結(jié)層上，再用激光燒結(jié)，如此反復(fù)進(jìn)行，逐層燒結(jié)成形。第87頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

SLS技術(shù)所用的材料除金屬粉末外，還可以使用聚合物和陶瓷，從而使所成形的模樣性能符合設(shè)計(jì)要求，適應(yīng)不同的需要，也可以制造出高強(qiáng)度的零件。因?yàn)榉勰┦墙?jīng)過壓實(shí)的，所以SLS技術(shù)不需要支撐。但是SLS模型是一種燒結(jié)技術(shù)產(chǎn)品，燒結(jié)過程中單位面積的吸收功率要非常準(zhǔn)確，控制有一定難度，此外模型表面相對(duì)粗糙，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋簾袒⒔?jīng)打磨處理。當(dāng)粉末粒徑為0.1mm以下時(shí)，SLS法成形后的模樣精度可達(dá)±1％。圖10.1.2選擇性激光燒結(jié)法工藝原理第88頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

SGC是立體平版印刷法的擴(kuò)展，與立體平版印刷法激光直接在樹脂液面掃描成形不同，而是讓激光通過一個(gè)可編程的光掩膜照射樹脂成形。如圖10.1.3所示，光掩膜上的圖形是掩膜機(jī)在模型片層參數(shù)的控制下，利用電傳照相技術(shù)在平板玻璃上調(diào)色或靜電噴涂而成零件斷面圖形，零件截面部分可透過紫外光。

SGC法采用高能紫外激光器，成形速度快，可以省去支撐結(jié)構(gòu)。SGC法的模型精度可達(dá)±0．l％。圖10.1.3光掩膜法

2.光掩膜（SGC）法第89頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

FDM技術(shù)是在SLS技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型成形技術(shù)。FDM技術(shù)不采用激光，而采用一個(gè)加熱頭將熱塑性材料細(xì)絲加熱成半液態(tài)，計(jì)算機(jī)控制下的FDM噴嘴根據(jù)CAD模型所確定的幾何信息將半液態(tài)的熱塑性材料擠出，沉積成薄層，層層堆積，將零件的幾何設(shè)計(jì)變成真實(shí)零件。3.熔化堆積（FDM)法第90頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

FDM的大致工作過程如圖1.1.4所示，F(xiàn)DM噴嘴在計(jì)算機(jī)的控制下作零件堆砌所需的運(yùn)動(dòng)，而整個(gè)過程中所需的成型材料則由噴嘴以半熔融狀態(tài)擠壓出來。通過正確控制成型材料的熔化溫度和成型的工作環(huán)境溫度，使從噴嘴中擠壓出的半熔融狀態(tài)的成型材料在離開噴嘴的瞬間開始凝固，即當(dāng)噴嘴離開成型位置后，成型位置處留下的是已（或接近）凝固的成型材料。經(jīng)過噴嘴以一定的厚度填充出一個(gè)個(gè)截面的薄層，然后在高度方向堆砌出成型零件的三維實(shí)體。由于液流非常細(xì)小，所以固化十分迅速，不會(huì)發(fā)生流淌。

第91頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三圖1.1.4熔化堆積法工藝原理

第92頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

FDM技術(shù)可以最大限度地利用成型材料，但由于必須使噴嘴按一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，所以成型時(shí)間較長。同時(shí)，由于噴嘴有一定的質(zhì)量，運(yùn)動(dòng)時(shí)有慣性，其動(dòng)態(tài)性能與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，這在很大程度上限制了成型速度的提高。FDM技術(shù)做出的模型，從材料的性能以及外觀上都非常接近實(shí)際，制得的石蠟?zāi)涌梢灾苯佑米魅勰ｈT造的蠟?zāi)＃栽谥圃旄拍钅Ｐ秃万?yàn)證產(chǎn)品功能方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用范圍越來越廣泛。第93頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三4.直接制模鑄（殼型制造）（DSPC）

DSPC法得到的是一個(gè)型腔形狀、尺寸與零件一致的陶瓷模殼，可直接用來澆注，因此又稱為陶瓷殼法。DSPC法首先把零件的CAD模型輸入模殼設(shè)計(jì)裝置，選擇零件的鑄造收縮率、鑄造圓角、加工余量等.圖10.1.5DSPC法工藝過程

第94頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

設(shè)計(jì)各個(gè)模殼的模腔數(shù)和澆注系統(tǒng)類型等，模殼設(shè)計(jì)裝置就產(chǎn)生一個(gè)達(dá)到規(guī)定厚度、需要時(shí)配有模芯的模殼組件的電子模型；把模殼的電子模型輸人模殼制造裝置，由電子模型驅(qū)動(dòng)制成固體的三維陶瓷模殼。陶瓷模殼的制造過程如圖10.1.5所示，先涂敷一層陶瓷粉末，噴頭在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)零件截面形狀噴粘結(jié)劑（印刷一次），形成一層凝結(jié)粉末層，沒有噴到粘結(jié)劑的粉末仍為分散狀在成形部分間起支撐作用，一層一層重復(fù)循環(huán)，最終粘結(jié)形成一個(gè)三維實(shí)體，即直接得到一個(gè)陶瓷殼，燒結(jié)后即可用于澆注（再構(gòu)成機(jī)器造型的模板）。第95頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1.1.3快速原型技術(shù)在熱加工中的應(yīng)用

RP&M技術(shù)自20世紀(jì)80年代初問世以來得到迅速發(fā)展，成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，并得到廣泛應(yīng)用。目前RP&M技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已遍及機(jī)械、電子、汽車、醫(yī)療、建筑等行業(yè)。

RP&M技術(shù)在熱加工中的應(yīng)用主要有以下幾方面：第96頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

（1）直接制造形狀復(fù)雜的單個(gè)零件快速原型工藝制作樹脂模樣或石蠟原型，可用熔模鑄造或?qū)嵭丸T造方法直接澆注鑄件，例如航空航天工業(yè)中特種鑄造產(chǎn)品的生產(chǎn)，或新產(chǎn)品試制。（2）中小批量生產(chǎn)時(shí)利用原型翻制模具后再制造零件快速原型工藝制作的原型采用熔模鑄造、石膏型鑄造或砂型鑄造等方法翻制母模，然后制蠟?zāi)；蛑苯訚沧⒊设T件。美國克萊斯勒公司用選擇性激光燒結(jié)法制成蠟?zāi)?，生產(chǎn)形狀很復(fù)雜的汽車進(jìn)排氣管。第97頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

（3）批量生產(chǎn)時(shí)利用原型模樣制造模具利用快速原型技術(shù)制得的模具原型直接鑄造出金屬模具，也可以將低熔點(diǎn)合金噴涂在原型表面用作熔模鑄造壓蠟?zāi)＞?。此外，利用陶瓷殼法制作的陶瓷型可直接用來澆注金屬模具。美國福特汽車公司采用逐層輪廓成形法制造長685mm的汽車曲軸陶瓷原型，將先后制作的三部分拼裝成砂型鑄造用的模板，尺寸精度達(dá)到±0.13mm第98頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

傳統(tǒng)模具制造往往是靠切削加工和特種加工的方法，有時(shí)還需要鉗工修整，費(fèi)時(shí)耗資，且精度不高，尤其是形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，例如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、船用螺旋漿、汽車拖拉機(jī)的缸體、缸蓋等。采用數(shù)控機(jī)床、仿型銑等先進(jìn)設(shè)備加工模具的周期長。與之相比，快速原型技術(shù)以較低的費(fèi)用迅速由圖紙直接得到零件的實(shí)物原型，并能方便地進(jìn)行修改，使模具開模制造的風(fēng)險(xiǎn)降低到最低限度。第99頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三1.6.3專家系統(tǒng)

1.專家系統(tǒng)的概念

專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)軟件，它把有關(guān)領(lǐng)域的專家知識(shí)表示成計(jì)算機(jī)能夠利用的形式。傳統(tǒng)程序通過一套算法處理數(shù)據(jù)，以達(dá)到在有限步驟內(nèi)解決問題的目的。與之不同，專家系統(tǒng)利用產(chǎn)生式結(jié)構(gòu)來解決問題，產(chǎn)生式結(jié)構(gòu)包括，包含事實(shí)的知識(shí)庫、規(guī)則和如何應(yīng)用規(guī)則的推理機(jī)構(gòu)。一般專家系統(tǒng)包括知識(shí)獲取模塊、知識(shí)庫、推理機(jī)構(gòu)及人機(jī)接口四個(gè)核心部分（圖10.2.3）。圖10.2.3專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第100頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

1）知識(shí)獲取模塊實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)，使專家系統(tǒng)的“業(yè)務(wù)水平”進(jìn)一步提高。

2）知識(shí)庫存儲(chǔ)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識(shí)，含有與領(lǐng)域問題相關(guān)的理論知識(shí)、常識(shí)性知識(shí)和專家憑經(jīng)驗(yàn)得到的啟發(fā)性知識(shí)。

3）推理機(jī)構(gòu)是在一定的控制策略下針對(duì)當(dāng)前問題的信息，識(shí)別、選取、匹配知識(shí)庫中的產(chǎn)生式規(guī)則，以得到問題求解結(jié)果的一種機(jī)制。

4）人機(jī)接口將專家和用戶的輸入信息翻譯成系統(tǒng)可接收的內(nèi)部形式，同時(shí)把系統(tǒng)向?qū)＜一蛴脩舻妮敵鲂畔⑥D(zhuǎn)換為人類易于理解的形式。其中，知識(shí)庫是整個(gè)專家系統(tǒng)的重要支柱。知識(shí)庫的建立是通過收集、整理、歸納和提煉現(xiàn)有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充發(fā)展新的信息，使其形成一種資源。建立盡可能完整、豐富的知識(shí)庫，就可以使計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)對(duì)所遇到的問題進(jìn)行全面、綜合的分析，并可從浩渺的數(shù)據(jù)海洋中得到人工分析不可能得出的有用的結(jié)果。知識(shí)庫水平的高低，在很大程度上決定專家系統(tǒng)的知識(shí)水平和工作能力。第101頁，講稿共109頁，2023年5月2日，星期三

專家系統(tǒng)分為診斷型、規(guī)劃設(shè)計(jì)型和實(shí)時(shí)控制型等類型。它們分別解決生產(chǎn)故障、廢品分析與改進(jìn)；生產(chǎn)狀況與產(chǎn)品的預(yù)測和規(guī)劃、生產(chǎn)工藝過程的優(yōu)化與設(shè)計(jì)；生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制與監(jiān)測等任務(wù)。專家系統(tǒng)與人類專家相比，具有以下特點(diǎn)：

1）在知識(shí)的廣度方面，一個(gè)專家系統(tǒng)只是人類專家知識(shí)極為有限的一部分，并且在求解方面基本上還是以模仿的方式